工學優(yōu)質(zhì)鋼缺陷課件

第二部分優(yōu)質(zhì)鋼缺陷第一章緒論鋼的分類1．按鋼的化學成分分類2．按鋼的品質(zhì)分類1）普通鋼（P≤0.045%,S≤0.055%,或P,S≤0.050%）2）優(yōu)質(zhì)鋼（S，P≤0.04%）3）高級優(yōu)質(zhì)鋼（P≤0.035%,S≤0.03%）3．按鋼的冶煉方法分類4．按鋼的金相組織分類5．按鋼的用途分類12/22/20221第二部分優(yōu)質(zhì)鋼缺陷第一章緒論12/16/20221第二章鋼中缺陷的檢驗和研究方法2．1鋼中缺陷的傳統(tǒng)檢驗方法目前鋼廠使用最多的仍是那些傳統(tǒng)的檢驗方法，其中最主要的是：低倍酸檢驗；斷口檢驗；硫印試驗；塔形試驗；超聲檢驗以及高倍金相檢驗；在上述各種檢驗方法中，除高倍金相以外，均為宏觀檢驗方法。12/22/20222第二章鋼中缺陷的檢驗和研究方法2．1鋼中缺陷的傳統(tǒng)檢驗方所謂宏觀檢驗，就是用肉眼或借助于10倍以下放大鏡的檢驗。由于低倍檢驗（包括低倍酸浸檢驗、斷口檢驗和塔形檢驗）可直觀地檢查出鋼在冶煉、澆注、熱加工和熱處理過程中所產(chǎn)生的缺陷，而且具有工藝簡單、對檢驗設(shè)備要求不高、操作方便、成本低謙等優(yōu)點，因此，為國內(nèi)外所廣泛采用。12/22/20223所謂宏觀檢驗，就是用肉眼或借助于10倍以下放大鏡的檢驗。12金相檢驗用于檢驗鋼中高倍組織缺陷，其中包括脫碳、碳化物網(wǎng)狀、碳化物帶狀、碳化物液析、碳化物不均性、石墨碳、奧氏體鋼中α相、晶粒度等。12/22/20224金相檢驗用于檢驗鋼中高倍組織缺陷，12/16/202242．1．1低倍酸浸檢驗低倍酸浸檢驗就是將預(yù)先制備好的試樣用酸浸蝕，以顯示其宏觀組織及缺陷的一種試驗方法。國家標準規(guī)定：結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼、高速鋼、彈簧鋼及各種不銹鋼、耐熱鋼在出廠前必須進行酸浸腐蝕檢驗，以保證其質(zhì)量。酸浸試驗試樣多取橫向，從最易于形成缺陷的部位取樣。12/22/202252．1．1低倍酸浸檢驗低倍酸浸檢驗就是將預(yù)先制備好的試樣用低倍酸浸試驗分為：熱酸浸蝕法；冷酸腐蝕法；電解腐蝕法三種。仲裁時，一般以熱酸浸蝕法為準。酸浸試驗所顯示的低倍組織缺陷共12種，如下：（1）

一般疏松在酸浸試片上表現(xiàn)為組織不致密，分散在整個截面的暗點和空隙。（1～4級）。12/22/20226低倍酸浸試驗分為：12/16/20226（2）中心疏松在酸浸試片的中心部位呈現(xiàn)集中分布的空隙和暗點。（1～4級）（3）

錠型偏析（1～4級）（4）

點狀偏析：一般點狀偏析和邊緣點狀偏析均分為（1～4級）（5）

皮下氣泡（6）殘余縮孔（1～3級）12/22/20227（2）中心疏松在酸浸試片的中心部位呈現(xiàn)集中分布的空隙和暗（7）

翻皮在酸浸試片上呈亮白色彎曲條帶，并在其上或周圍有氣孔和夾雜物（1～3級）。（8）

白點在酸浸試片上為鋸齒形小裂紋，呈放射狀，同心圓形或呈不規(guī)則分布（1～3級）（9）

軸心晶間裂紋一般多出現(xiàn)在高合金不銹耐熱鋼和高合金結(jié)構(gòu)鋼中，為蜘蛛網(wǎng)狀（1～3級）（10）

內(nèi)部氣泡（11）

非金屬夾雜物和夾渣（12）

異金屬夾雜物12/22/20228（7）

翻皮在酸浸試片上呈亮白色彎曲條帶，并在其上或周在各種鋼的技術(shù)條件中都明確規(guī)定不允許存在的低倍缺陷及其合格級別。優(yōu)質(zhì)鋼低倍缺陷的允許界限鋼類一般疏中心疏松偏析優(yōu)質(zhì)鋼333高級優(yōu)質(zhì)鋼222.5最新研究表明：長壽命模具鋼的低倍缺陷一般要求0～1級。12/22/20229在各種鋼的技術(shù)條件中都明確規(guī)定不允許存在的低倍缺陷及其合格級2.1.2斷口檢驗斷口檢驗是檢查鋼材宏觀缺陷的重要方法之一斷口檢驗不需要貴重的檢驗儀器，方法簡便，結(jié)果可靠，是檢驗鋼材質(zhì)量的一種通用方法。一般結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、工具鋼等都規(guī)定在出廠前和驗收時要作斷口檢驗。12/22/2022102.1.2斷口檢驗斷口檢驗是檢查鋼材宏觀缺陷的重要方法之一斷口檢驗較酸浸檢驗更能顯示鋼中白點、鋼的過燒和過熱。斷口檢驗的斷口可分為：淬火斷口；退火斷口；調(diào)質(zhì)斷口三種。其斷口類型的選取決定受檢鋼的類型和檢驗要求，其目的在于能夠真實地顯露鋼中缺陷。12/22/202211斷口檢驗較酸浸檢驗更能顯示鋼中白點、鋼的過燒和過熱。12/1（1）

淬火斷口：較易發(fā)現(xiàn)的缺陷有：白點、夾雜、氣孔、層狀、石狀、萘狀等。在工廠中斷口檢驗多用淬火斷口。（2）

退火斷口：在退火斷口上較易顯露的缺陷有黑脆、夾雜、縮孔殘余等，除冶金缺陷外，還可判斷鋼材的晶粒均勻程度。（3）

調(diào)質(zhì)斷口：兼具檢驗鋼中缺陷（如白點、層狀、氣孔等）和顯示鋼的基本組織。12/22/202212（1）

淬火斷口：較易發(fā)現(xiàn)的缺陷有：白點、夾雜、氣孔、層GB1814-79《鋼材斷口檢驗法》（1）

纖維狀斷口（2）

瓷狀斷口（3）

結(jié)晶狀斷口（4）

臺狀斷口（5）

撕痕狀斷口（6）

層狀斷口12/22/202213GB1814-79《鋼材斷口檢驗法》（1）

纖維狀斷口（7）

縮孔殘余斷口（屬于不允許缺陷）（8）

白點斷口（屬于不允許缺陷）（9）

氣泡斷口（屬于不允許缺陷）（10）內(nèi)裂斷口（屬于不允許缺陷）（11）非金屬夾雜物及夾渣斷口（屬于不允許缺陷）（12）

異金屬夾雜斷口（屬于不允許缺陷）（13）黑脆斷口（屬于不允許缺陷）12/22/202214（7）縮孔殘余斷口（屬于不允許缺陷）12/16/2022（14）

石狀斷口（15）

萘狀斷口12/22/202215（14）

石狀斷口12/16/2022152.1.3硫印檢驗硫在鋼中一般認為是有害元素之一，因為它會引起熱脆和使鋼的韌性變壞，所以在優(yōu)質(zhì)鋼中規(guī)定其含量不得超過0.040%.硫在鋼中主要以硫化物形式存在；硫?qū)︿摰膹姸扔绊懖淮螅珔s降低鋼的塑性和韌性，特別是沖擊韌性。為檢查鋼中硫的偏析情況常用硫印法。12/22/2022162.1.3硫印檢驗硫在鋼中一般認為是有害元素之一，因為它硫印檢驗法亦稱包曼(Baumann)法，是一種宏觀檢驗方法。其目的是通過將預(yù)先在稀硫酸溶液中浸泡過的相紙敷在試片上，使之發(fā)生反應(yīng)，取下后由相紙上所形成的印痕來確定鋼中硫的分布情況，并根據(jù)硫印色澤深淺，大小判定鋼中硫化物的多少。12/22/202217硫印檢驗法亦稱包曼(Baumann)法，是一種宏觀檢驗方法。注意：（1）

硫印試驗只是一種定性試驗，不能按硫印確定鋼中硫含量數(shù)值。（2）

根據(jù)硫印可對所檢驗部位鋼的純凈度作出判斷，如可根據(jù)硫印判斷鋼的化學成分的不均勻以及某些形體上的缺陷。12/22/202218注意：（1）硫印試驗只是一種定性試驗，不能按硫印確定鋼中硫2.1.4塔形試驗塔形試驗是用以檢驗鋼中發(fā)紋的一種試驗方法，因其所用試樣為三級臺階狀，形似塔狀，故稱塔形試驗。發(fā)紋是鋼中的一種宏觀缺陷，它的存在對鋼的性能，特別是疲勞強度有不利影響。發(fā)紋：是在熱酸浸過后的塔形試樣上，沿軋制方向分布有一定長度和深度的小裂紋。一般用肉眼或10倍放大鏡檢查。12/22/2022192.1.4塔形試驗塔形試驗是用以檢驗鋼中發(fā)紋的一種試驗方法2.1.5金相檢驗金相檢驗項目包括：脫碳、退火組織、碳化物網(wǎng)狀、碳化物帶狀、碳化物不均勻、碳化物液析、晶粒度、石墨碳、奧氏體鋼中的α相、非金屬夾雜物等。12/22/2022202.1.5金相檢驗金相檢驗項目包括：12/16/20222第三章鋼中的宏觀偏析在低倍檢驗中常見的宏觀偏析缺陷有：方框形偏析、點狀偏析、碳化物偏析等。不太常見的有錠尾偏析、軸心偏析以及電渣重熔鋼的波紋狀偏析。宏觀偏析的形成與鋼的凝固和結(jié)晶過程密切相關(guān)。12/22/202221第三章鋼中的宏觀偏析在低倍檢驗中常見的宏觀偏析缺陷有：由于鋼凝固過程中體積收縮所造成冶金缺陷可分為縮孔、中心疏松，一般疏松等?？s孔、二次縮孔——鋼材中不允許有未切盡的殘余縮孔。12/22/202222由于鋼凝固過程中體積收縮所造成冶金缺陷可分為縮孔、中心疏松，體積收縮的規(guī)律：1）液態(tài)收縮2）凝固收縮3）固態(tài)收縮碳素鋼鋼錠從澆注到室溫的總收縮達10～14%，但主要是其占3.5～5.7%的液態(tài)收縮和凝固收縮，它們對形成縮孔和疏松起作用。12/22/202223體積收縮的規(guī)律：12/16/202223影響收縮的因素：1）含碳量的影響：隨含碳量增加而增大。2）合金元素的影響：不同合金元素對收縮的影響不同。3）澆注溫度和澆注速度的影響：注溫高、速度快收縮大。4）錠型的影響：錠型高寬比越大和錐度越小，則縮孔越深。12/22/202224影響收縮的因素：1）含碳量的影響：隨含碳量增加而增大。12/結(jié)晶偏析：鋼中凝固時產(chǎn)生各種元素分布不均勻的現(xiàn)象叫：偏析C大于C0稱為正偏析，C小于C0則負偏析。枝晶偏析區(qū)域偏析（定向晶區(qū)的偏析，倒V形正偏析，軸心偏析，上部正偏析）12/22/202225結(jié)晶偏析：鋼中凝固時產(chǎn)生各種元素分布不均勻的現(xiàn)象叫：偏析12方框形偏析點狀偏析下注鎮(zhèn)靜鋼的錠尾偏析12/22/202226方框形偏析12/16/202226影響偏析的因素1．錠型的影響；2.澆注溫度和澆注速度影響12/22/202227影響偏析的因素12/16/202227第四章

氣體在鋼中形成的缺陷鋼中氣體一般指：氫、氧、氮。氫含量高時，會使鋼材產(chǎn)生白點或氫脆；氮的含量過高時會形成氮化鋁，氮化鈦或碳氮化鈦，它們在晶界上呈薄片狀析出使鋼變脆；氧含量過高使鋼中產(chǎn)生過多的氧化物夾雜；12/22/202228第四章

氣體在鋼中形成的缺陷鋼中氣體一般指：氫、氧在冶煉過程中有時鋼中還有CO、CO2、H2O、SO2等氣體；在澆注時，由于上述氣體過高還會產(chǎn)生皮下氣泡，內(nèi)部氣泡，點狀偏析和發(fā)紋等缺陷。12/22/202229在冶煉過程中有時鋼中還有CO、CO2、H2O、SO2等氣體；鋼中氣體的來源：（1）

金屬爐料表面的鐵銹（2）

礦石表面吸附和化合水（3）

造渣材料特別是石灰?guī)淼乃?；增碳劑和脫氧劑吸附的水?）

大氣中的水蒸汽（5）

爐襯材料帶入的水12/22/202230鋼中氣體的來源：12/16/202230氣體對鋼質(zhì)量的影響溶解在鋼液中的氫、氮、氧，其溶解度在凝固時劇烈降低，必然出現(xiàn)相應(yīng)氣體的析出，從而產(chǎn)生鋼中缺陷。氫的溶解度降低量為60%或20ppm；氮的溶解度降低75%或300ppm;氧在鋼液中的最大溶解量為0.21%,而在室溫下為0.05%.12/22/202231氣體對鋼質(zhì)量的影響溶解在鋼液中的氫、氮、氧，其溶解度在凝固時4.1氫的影響：氫在鋼中以原子或離子形式溶入鋼中，在鋼中造成許多嚴重的缺陷：如白點、內(nèi)部氣泡以及焊縫熱影響區(qū)內(nèi)的裂紋等；氫被看作是鋼中危害最大的一種元素12/22/2022324.1氫的影響：氫在鋼中以原子或離子形式溶入鋼中，在鋼中造在工業(yè)用鋼中，通?？偸呛幸欢康臍?，結(jié)果導(dǎo)致在鑄錠中形成氣孔和裂紋，特別容易在大型鍛鋼件中形成。氫含量的增加，使鋼的面縮率明顯地降低，使鋼的屈服點消失，當氫含量達到6×10-4%時，就足以使鋼的塑性降至最低限。12/22/202233在工業(yè)用鋼中，通?？偸呛幸欢康臍洌Y(jié)果導(dǎo)致在鑄錠中形成氣4.2氮的影響氮在鋼中是一種重要的合金元素：優(yōu)點：1）氮可以改善高鉻和高鉻鎳鋼的宏觀組織，使之致密堅實，并提高其強度。2）滲氮鋼中采用熱處理工藝，將氮滲入鋼的表面層使之與鉻、鋁等合金元素形成氮化物，提高鋼表面層的硬度及耐磨性。3）氮作為合金元素加入鋼中，與許多合金元素生成細小彌散的化合物，如形成AlN,TiN,TiCN,VN等，有阻礙晶粒長大的趨向，可提高鋼的過熱敏感溫度。12/22/2022344.2氮的影響氮在鋼中是一種重要的合金元素：12/16/2害處：1）氮化物以薄片形式析出在晶界上時，將使鋼發(fā)生時效脆性；2）微量氮的低碳鋼在冷加工變形后，其性能將隨時間發(fā)生變化，即強度和硬度提高，韌性降低，缺口敏感性增加——所謂低碳鋼的應(yīng)變時效現(xiàn)象。3）氮是導(dǎo)致鋼產(chǎn)生藍脆的主要原因。12/22/202235害處：1）氮化物以薄片形式析出在晶界上時，將使鋼發(fā)生時效脆性4.3氧的影響氧在鐵中的溶解度極小，有資料表明：氧的溶解度在δ鐵中約為0.004%；在γ鐵中約為0.002%～0.003%;在α鐵中最大值約為0.03%(T>910℃)，在700℃時約為0.007%,在500℃時約為0.001%；12/22/2022364.3氧的影響氧在鐵中的溶解度極小，有資料表明：氧的溶解度在1600℃下鋼中氧的溶解度為0.229%,而在室溫下氧是以氧化物的形式存在的，以原子狀態(tài)存在的氧幾乎為零。由此表明，固溶在鋼中的氧數(shù)量極少，但是鋼中的氧含量要高得多，其余的氧是以各種氧化物夾雜的形式存在的。由于氧及其反應(yīng)氣體逸出的困難，產(chǎn)生如下缺陷：12/22/202237在1600℃下鋼中氧的溶解度為0.229%,而在室溫下氧是以1）生成的氣泡大部分滯留于鋼中，形成氣孔和疏松，常常引起鋼錠在加工時的開裂現(xiàn)象。2）FeO與FeS形成FeO-FeS夾雜，這種夾雜物的熔點很低（940℃），在鋼液凝固完畢時，它將以薄膜狀保留在晶界上，易產(chǎn)生熱裂紋。12/22/2022381）生成的氣泡大部分滯留于鋼中，形成氣孔和疏松，常常引起鋼錠3）溶解度下降而析出的氧，與鋼中其它元素如Mn,Si,Al,Ti,Cr等元素發(fā)生反應(yīng)，形成內(nèi)在夾雜物，導(dǎo)致鋼的機械性能，特別是鋼的塑和韌性及疲勞強度下降。4）鋼的切削加工性能帶來不利的影響。12/22/2022393）溶解度下降而析出的氧，與鋼中其它元素如Mn,Si,Al,4.4鋼中氣體所造成的缺陷氣體在鋼中弊多利少，冶金工作者在鋼的冶金過程中，總是采取一切措施把氣體含量降到最低限度，以提高鋼的質(zhì)量。常采取的方法有：真空脫氣，鋼包精煉，保護澆注等措施，來減少鋼中氣體的含量。12/22/2022404.4鋼中氣體所造成的缺陷氣體在鋼中弊多利少，冶金工作者氣體產(chǎn)生的缺陷皮下氣泡：分布在鋼錠的表皮下或一定的深度（幾毫米或十幾毫米），沿鋼錠縱向排列的內(nèi)壁光滑的單個或成簇的小孔洞或短而粗的裂紋。內(nèi)部氣泡和點狀偏析：它們通常共存。在電爐或平爐冶煉的碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼中常常出現(xiàn)這種缺陷。鎮(zhèn)靜鋼內(nèi)部氣泡和點狀偏析的主要形成原是由于在冶煉或澆注不正常的情況下，帶入大量的氣體到鋼液中或由于脫氧不良而產(chǎn)生。12/22/202241氣體產(chǎn)生的缺陷皮下氣泡：分布在鋼錠的表皮下或一定的深度（幾毫白點鋼中白點是由氫所引起的一種內(nèi)部裂紋缺陷，多在鋼坯或鋼材中形成。在鋼的縱向斷口上顯現(xiàn)為圓形或橢圓形銀白色斑點，故稱為白點。白點是一種危險的冶金缺陷，歷史上由于這種缺陷造成的惡性事故很多。如：1916年，美國曾發(fā)生過由于在重軌鋼中有白點所造成的重大事故，引起鐵路運輸?shù)闹袛唷?938年英國皇家空軍的一架噴火式戰(zhàn)斗機在訓練飛行中突然從空中摔下來，機毀人亡。事故分析表明是因引擎主軸中含有白點引起斷裂所致。二十世紀五十年代，美國來利桑那電站轉(zhuǎn)子斷裂也是由鋼中白點所引起的。12/22/202242白點鋼中白點是由氫所引起的一種內(nèi)部裂紋缺陷，多在鋼坯或鋼材中白點的檢驗方法（1）斷口檢驗法，按國標GB1814-79（2）酸浸低倍檢驗法，按國標GB1979-80（3）超聲波檢驗法。12/22/202243白點的檢驗方法（1）斷口檢驗法，按國標GB1814-7912白點出沒規(guī)律及其形成原因1）白點一般出現(xiàn)在鋼坯或鍛件的芯部，通常距表面20mm以上，很少有靠近或露出表面的情況，而且其分布規(guī)律常與鋼坯的外形相似。2）鋼中氫含量愈高，所形成的白點就愈多，其尺寸一般為幾毫米至1～2cm，很少有更大的。（與鋼的化學成分有關(guān)）3）白點是中碳合金結(jié)構(gòu)鋼所固有的缺陷，特別是常在大截面鋼坯或鍛件中出現(xiàn)。4）在馬氏體和珠光體鋼中容易形成白點，而在奧氏體、鐵素體和萊氏體鋼中一般是不形成白點。12/22/202244白點出沒規(guī)律及其形成原因1）白點一般出現(xiàn)在鋼坯或鍛件的芯部，白點主要在體心立方金屬和合金中出現(xiàn)，而在具有面心立方點陣的奧氏體鋼中或者根本沒有，或者只有極少量的白點形成。這主要是因為：面心立方結(jié)構(gòu)的奧氏體具有良好的范性和較大的氫的溶解度，即可安置氫的位置多。非金屬夾雜物，特別是長條狀或薄片狀的硫化物，對形成白點有利。鋼中含有足夠數(shù)量的氫是形成白點的必要條件，同時還必須有足夠大的應(yīng)力。12/22/202245白點主要在體心立方金屬和合金中出現(xiàn)，而在具有白點形成階段白點與鋼中縮孔、氣泡等缺陷不同，它不是在鋼的凝固過程中形成的，而是在軋（鍛）后，當鋼坯冷到比較低的溫度以下才形的，甚至有時是在鋼被冷卻到室溫以后，在存放過程中形成的。白點不是瞬間形成的，而是逐漸形成的。12/22/202246白點形成階段白點與鋼中縮孔、氣泡等缺陷不同，它不是在鋼的凝固冶金缺陷是白點形成的核心鑄造縮孔、疏松和偏析等一般多分布在鋼材中心部位，恰好這些地方為擴散氫提供了藏身之處，因而這些地方便成了白點的核心。12/22/202247冶金缺陷是白點形成的核心鑄造縮孔、疏松和偏析等一般多分布在鋼白點斷口白點為產(chǎn)生在鋼中含氫量高的區(qū)域內(nèi)的內(nèi)部裂紋，在斷口上白點為圓形或橢圓形銀白色斑點。白點主要在中碳合金結(jié)構(gòu)鋼大鍛件或毛坯中，在大型鑄件中亦有發(fā)現(xiàn)。白點斷口大部分為穿晶脆性斷裂，表面起伏不平，含波浪式條紋和片層狀特征組織。12/22/202248白點斷口白點為產(chǎn)生在鋼中含氫量高的區(qū)域內(nèi)的內(nèi)部裂紋，在斷口上白點對力學性能的影響白點為鋼中的細微裂紋，它破壞了鋼的連續(xù)性，實為鋼的內(nèi)部缺口。使鋼的韌性、塑性大為降低，并往往成為疲勞裂紋源。含有白點的鋼，其各種力學性能指標（強度、韌性、塑性、疲勞性能等）均下降。白點是鋼中不允許有的冶金缺陷。白點在一定的加熱變形條件下是可以焊合的。12/22/202249白點對力學性能的影響白點為鋼中的細微裂紋，它破壞了鋼的連續(xù)性擴散除氫處理通常選擇在鐵素體狀態(tài)下的最高溫度區(qū)進行加熱擴散除氫處理。氫在體心立方點陣中的溶解度小于面心立方點陣，而擴散系數(shù)大于面心立方點陣，因此，選擇在鐵素體狀下進行擴散除氫是有利的。而選擇在鐵素體狀態(tài)的最高溫度區(qū)加熱，則是為了得到盡可能大的氫擴散系數(shù)。12/22/202250擴散除氫處理通常選擇在鐵素體狀態(tài)下的最高溫度區(qū)進行加熱擴散除珠光體鋼的典型等溫退火除氫工藝兩種：1）在鍛造終了之后，先將鋼冷至A1以下50～150℃，保持一定時間后，再加熱到A1以下20～50℃進行等溫去氫處理。2）在鍛造完了之后，先將鋼冷至A1以下50～150℃，保持一定時間之后，再加熱到A3以上20～30℃或A1以上20～30℃，進行再結(jié)晶處理，然后再降溫至A1以下20～50℃進行等溫去氫處理。12/22/202251珠光體鋼的典型等溫退火除氫工藝兩種：12/16/202251第五章鋼中的非金屬夾雜物鋼中非金屬夾雜物的來源1）脫氧、脫硫產(chǎn)物，特別是一些比重比較大的產(chǎn)物沒有及時排除。2）隨著鋼液溫度降低，硫、氧、氮等雜質(zhì)元素的溶解度相應(yīng)下降，于是這些脫溶的夾雜元素與金屬化合生成非金屬夾雜物在鋼中沉淀。3）帶入鋼液中的爐渣，熔渣或耐火材料。4）鋼液被大氣氧化形成氧化物。前兩類夾雜物稱為內(nèi)生夾雜物，后兩類夾雜物稱為外來夾雜物。12/22/202252第五章鋼中的非金屬夾雜物鋼中非金屬夾雜物的來源12/16內(nèi)生夾雜物的類型和組成取決于冶煉的脫氧制度和鋼的成分；影響夾雜物的根本原因是與氧、硫、氮親合力強的元素的含量。這些元素含量的變化，將對夾雜物的類型、組成和形態(tài)等產(chǎn)生強烈影響。鋼中非金屬夾雜物通常被認為是有害的，使其含量盡可能降低。12/22/202253內(nèi)生夾雜物的類型和組成取決于冶煉的脫氧制度和鋼的成分；12/非金屬夾雜物在熱加工過程中的變化在不同溫度下，夾雜物與鋼的塑性差異，是各種夾雜物最主要的物理性能之一。鋼中夾雜物的變形性能可用變形指數(shù)表示：12/22/202254非金屬夾雜物在熱加工過程中的變化在不同溫度下，夾雜物與鋼的塑第六章熱加工造成的缺陷

熱加工造成的缺陷包括：由于材料帶來的，即由冶煉的原因引起的，在熱加工過程中暴露出來的缺陷，以及在熱加工過程中由于加熱、變形、冷卻制度不當所造成的缺陷。12/22/202255第六章熱加工造成的缺陷熱加工造成的缺陷包括：12/16熱加工缺陷6．1表皮裂紋6．2高速工具鋼的鍛、軋裂紋6．3軸心晶間裂紋6．4顯微空隙6．5晶粒粗大6．6折疊6．7鋼的過熱和過燒6．7．1鋼的過熱12/22/202256熱加工缺陷6．1表皮裂紋12/16/2022566．7．1鋼的過熱1．過熱對奧氏體晶粒度的影響2．鋼過熱后的金相組織3．過熱對鋼機械性能的影響4．過熱鋼的萘狀斷口和石狀斷口12/22/2022576．7．1鋼的過熱12/16/202257（1）鋼過熱形成石狀斷口與鋼中含硫量有關(guān)，硫含量越高在粗大的原始奧氏體晶界上沉淀的MnS就越多，形成石狀也就越多，反之亦然。（2）當鋼嚴重過熱后，出現(xiàn)以微細α-MnS形核的石狀斷口時，采用任何熱處理工藝均不能改善或消除。12/22/202258（1）鋼過熱形成石狀斷口與鋼中含硫量有關(guān)，硫含量越高在粗大的6．7．2鋼的過燒鋼的過燒亦稱燒毀，它是由于鋼在高溫加熱時，超過嚴重過熱溫度使鋼表面氧化嚴重，甚至產(chǎn)生龜裂的現(xiàn)象。12/22/2022596．7．2鋼的過燒12/16/2022596．7．3

過熱的改善與過熱過燒的防止措施（1）

改善方法1．重新熱處理2．重新熱加工（2）

預(yù)防措施12/22/2022606．7．3

過熱的改善與過熱過燒的防止措施（1）

6．7

鋼的淬火與回火缺陷6．8．1熱處理工件的變形1．產(chǎn)生變形的原因（1）熱應(yīng)力及其所引起的變形：由于加熱或冷卻不均勻使工件表里存在溫差因而造成熱脹冷縮的不一致，由此而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。急冷熱應(yīng)力有兩個特點：(a)使零件表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，心部產(chǎn)生拉應(yīng)力；(b)大型軸類零件心部的軸向拉應(yīng)力特別大。

12/22/2022616．7

鋼的淬火與回火缺陷6．8．1熱處理工件的變形1（2）組織應(yīng)力及其所引起的變形：由于奧氏體和其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的比容不同以及工件的表里或各部分之間組織轉(zhuǎn)變的時間不同所造成的內(nèi)應(yīng)力，稱為組織應(yīng)力。奧氏體的比容最小，而馬氏體的比容最大組織應(yīng)力的兩個特點是：(a)工件表面受拉應(yīng)力，心部受壓應(yīng)力；(b)靠近表面層，切向拉應(yīng)力大于軸向拉應(yīng)力

；12/22/202262（2）組織應(yīng)力及其所引起的變形：由于奧氏體和其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的比容2.影響變形的因素Ⅰ鋼的化學成分(a)低碳鋼：淬火后一般表現(xiàn)為以熱應(yīng)力為主的變形特征。(b)中碳鋼：在全部淬透的情況下，表現(xiàn)為以組織應(yīng)力為主的變形特征。在未淬透的情況下，隨著淬硬層的減薄，組織應(yīng)力引起的變形也漸減小，在個別情況下還可能出現(xiàn)以熱應(yīng)力為主的變形特征。(c)高碳鋼：在淬不透的情況下，表現(xiàn)為以熱應(yīng)為主的變形特征。在全部淬透的情況下，由于馬氏體的比容很大，組織應(yīng)力仍起主導(dǎo)作用。12/22/2022632.影響變形的因素Ⅰ鋼的化學成分12/16/20226Ⅱ鋼的淬透性Ⅲ鋼的原始組織Ⅳ工件的幾何形狀3．減小變形的途徑與措施(a)正確選擇鋼材與合理設(shè)計工件形狀(b)合理鍛造與預(yù)先熱處理(c)采用合理的熱處理工藝(d)采用正確的操作方法12/22/202264Ⅱ鋼的淬透性12/16/2022646．8．2淬火裂紋的產(chǎn)生及防止方法淬火裂紋是由許多方面的因素造成的，但根本的原因有二：一是拉應(yīng)力超過材料的強度極限；一是內(nèi)應(yīng)力雖不太高，但由于材料內(nèi)部的缺陷而引起強度的降低。12/22/2022656．8．2淬火裂紋的產(chǎn)生及防止方法12/16/202265原材料缺陷：縮孔、白點、冷加工刀痕、鋼中非金屬夾雜物及碳化物偏析。鍛造缺陷：鍛造過程中已形成的裂紋在淬火時會使之擴大。這種淬火前已形成的裂紋，其顯微組織特征是在裂紋兩側(cè)有嚴重的脫碳，這是因鍛造與淬火加熱所造成的；同時，鍛造裂紋內(nèi)部往往還有大量的氧化物夾雜。這些都是分析判斷鍛造裂紋的依據(jù)。淬火工藝不當：加熱溫度過高；在Ms點以下冷卻過快；回火工藝不當：回火不足或淬火后未及時回火，都可能導(dǎo)致工件的開裂鋼的回火脆性12/22/202266原材料缺陷：縮孔、白點、冷加工刀痕、鋼中非金屬夾雜物及碳化物6．8．3其它淬火缺陷1．硬度不足：加熱溫度過低或保溫時間不足，冷卻速度不夠，操作不當，表面脫碳，淬透性不夠，奧氏體成分不當。12/22/2022676．8．3其它淬火缺陷1．硬度不足：12/16/20222．軟點工件原來的金相組織不均勻或夾雜物過多；加熱溫度不足或保溫不充分，形成不完全淬火（對亞共析鋼）；滲碳件經(jīng)滲碳處理后，表面碳濃度不均勻；工件表面局部脫碳；淬火劑冷卻能力不夠，工件浸入淬火劑的方式不當；工件表面不清潔3．過熱與過燒4．氧化與脫碳12/22/2022682．軟點12/16/2022686．8．4回火缺陷1．硬度過高2．硬度不足3．回火脆性12/22/2022696．8．4回火缺陷1．硬度過高12/16/202269(a)

低溫回火脆性（第一類回火脆性）碳鋼和低合金鋼在250～400℃回火時出現(xiàn)的脆性稱為低溫回火脆性。將這種已產(chǎn)生脆性的工件在更高一些溫度回火后，其脆性即消失。再置于300℃左右重新回火時，脆性也不會重復(fù)出現(xiàn)。因此這種低溫回火脆性又叫做不可逆回火脆性。12/22/202270(a)

低溫回火脆性（第一類回火脆性）碳鋼和低合金鋼在鋼中含碳量越高，脆化的程度越嚴重。鋼中所含合金元素的種類及合金量一般都不能抑止第一類回火脆性，但可改變脆性產(chǎn)生的溫度范圍。一般是使脆性推向更高的溫度，其中硅、鉻、錳的作用較為顯著，尤其是硅。目前還無有效方法來完全消除低溫回火脆性，只是盡量避免在這個溫度范圍內(nèi)回火。實驗指出，在這一溫度區(qū)間回火時，時間越短，脆性越小。用快速加熱回火的辦法可以減小脆性，但僅適用于較薄的零件。對某些合金結(jié)構(gòu)鋼尚可采用降溫淬火的方法加以克服。12/22/202271鋼中含碳量越高，脆化的程度越嚴重。12/16/202271此外，還有資料介紹，加入Ti、AI、B、Be等元素有一定的抑制效果?？梢?，從本質(zhì)上弄清第一類回火脆性產(chǎn)生的原因及找出有效的防止方法，仍是需要研究的課題。12/22/202272此外，還有資料介紹，加入Ti、AI、B、Be等元素有一定的抑(b)高溫回火脆性（第二類回出脆性）在450℃或更高至650℃左右溫度回火時出現(xiàn)的脆性，通常稱為高溫回火脆性或第二類回火脆性。其特點是在此溫度范圍回火時，如果快速冷卻（水冷或油冷），韌性并不降低；反之，慢冷（空冷或爐冷）則韌性顯著下降，冷卻越慢，韌性降低得越顯著。12/22/202273(b)高溫回火脆性（第二類回出脆性）在450℃或更高至65當鋼由韌性狀態(tài)過渡到脆性狀態(tài)時，除沖擊韌性降低、冷脆轉(zhuǎn)化溫度增高、脆性破斷抗力降低以及鋼由纖維狀斷口變?yōu)榻Y(jié)晶狀斷口外，并未發(fā)現(xiàn)其它機械性能的降低，而鋼的比重、剩余磁化強度、磁矯頑力和電阻等也無明顯的變12/22/202274當鋼由韌性狀態(tài)過渡到脆性狀態(tài)時，除沖擊韌性降低、冷脆轉(zhuǎn)化溫度可逆回火脆性當已出現(xiàn)這類回火脆性時，可用再次回火并快速冷卻的方法來加以消除。但在脆化溫度范圍內(nèi)回火時如長時間停留，隨后即使快冷也還會產(chǎn)生。重復(fù)回火時，如果慢冷，可能重新引起這種脆性。因而這類回火脆性又稱為可逆回火脆性。12/22/202275可逆回火脆性當已出現(xiàn)這類回火脆性時，可用再次回火并快速冷卻的第一種假設(shè)認為：不同的化合物形態(tài)沿鐵素體晶界析出而引起脆性的增大。由于析出相是沿晶界分布的微薄層，故只影響沖擊韌性，而對塑性、強度影響不大。如果回火時進行快冷，a相中的碳、氮、氧和磷等來不及析出，故可避免此類回火脆性。若回火溫度較低（小于500“C），這些元素在a相中的溶解度較小，沿晶界析出的化合物也較少，故對脆性的影響也就不大。12/22/202276第一種假設(shè)認為：12/16/202276第二種假設(shè)認為：鋼的回火脆性是由于碳化物從。相中析出導(dǎo)致體積變化，從而在原來的奧氏體晶界產(chǎn)生應(yīng)力集中而引起的。鋼的沖擊韌性的降低主要是由于微觀區(qū)域晶格歪扭的增大所致。X線分析表明，在400～500℃和600℃的回火溫度下，晶格微觀區(qū)域內(nèi)應(yīng)力的降低是和鋼的沖擊韌性的提高相對應(yīng)的，因而認為微觀區(qū)域晶格歪扭的增大，就是過飽和a固溶體分解過程中形成不完整晶格，而不完整晶體結(jié)構(gòu)是金屬脆性狀態(tài)的重要因素之一。從位錯理論的觀點出發(fā)，微觀區(qū)域的晶格歪扭引起了刃型位錯的塞積，而刃型位錯的應(yīng)力場彼此疊加起來，在外加應(yīng)力和內(nèi)應(yīng)力足夠大的情況下，增大了金屬中晶體結(jié)構(gòu)的不完整性，位錯和缺位流通過晶格歪扭最大位置時，微觀摩擦增大，將形成脆性損壞。12/22/202277第二種假設(shè)認為：鋼的回火脆性是由于碳化物從。12/16/20第三種假設(shè)：也是目前比較引人注意的，即所謂晶界富集和偏析的理論，即合金元素或微量的雜質(zhì)元素（如磷、銻、錫、砷等）偏聚到原來的奧氏體晶界上，從而減弱了原奧氏體晶界上的結(jié)合力，使鋼變脆，因而認為這是高溫回火脆性產(chǎn)生的主要原因。12/22/202278第三種假設(shè)：12/16/20227812/22/20227912/16/202279第二部分優(yōu)質(zhì)鋼缺陷第一章緒論鋼的分類1．按鋼的化學成分分類2．按鋼的品質(zhì)分類1）普通鋼（P≤0.045%,S≤0.055%,或P,S≤0.050%）2）優(yōu)質(zhì)鋼（S，P≤0.04%）3）高級優(yōu)質(zhì)鋼（P≤0.035%,S≤0.03%）3．按鋼的冶煉方法分類4．按鋼的金相組織分類5．按鋼的用途分類12/22/202280第二部分優(yōu)質(zhì)鋼缺陷第一章緒論12/16/20221第二章鋼中缺陷的檢驗和研究方法2．1鋼中缺陷的傳統(tǒng)檢驗方法目前鋼廠使用最多的仍是那些傳統(tǒng)的檢驗方法，其中最主要的是：低倍酸檢驗；斷口檢驗；硫印試驗；塔形試驗；超聲檢驗以及高倍金相檢驗；在上述各種檢驗方法中，除高倍金相以外，均為宏觀檢驗方法。12/22/202281第二章鋼中缺陷的檢驗和研究方法2．1鋼中缺陷的傳統(tǒng)檢驗方所謂宏觀檢驗，就是用肉眼或借助于10倍以下放大鏡的檢驗。由于低倍檢驗（包括低倍酸浸檢驗、斷口檢驗和塔形檢驗）可直觀地檢查出鋼在冶煉、澆注、熱加工和熱處理過程中所產(chǎn)生的缺陷，而且具有工藝簡單、對檢驗設(shè)備要求不高、操作方便、成本低謙等優(yōu)點，因此，為國內(nèi)外所廣泛采用。12/22/202282所謂宏觀檢驗，就是用肉眼或借助于10倍以下放大鏡的檢驗。12金相檢驗用于檢驗鋼中高倍組織缺陷，其中包括脫碳、碳化物網(wǎng)狀、碳化物帶狀、碳化物液析、碳化物不均性、石墨碳、奧氏體鋼中α相、晶粒度等。12/22/202283金相檢驗用于檢驗鋼中高倍組織缺陷，12/16/202242．1．1低倍酸浸檢驗低倍酸浸檢驗就是將預(yù)先制備好的試樣用酸浸蝕，以顯示其宏觀組織及缺陷的一種試驗方法。國家標準規(guī)定：結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼、高速鋼、彈簧鋼及各種不銹鋼、耐熱鋼在出廠前必須進行酸浸腐蝕檢驗，以保證其質(zhì)量。酸浸試驗試樣多取橫向，從最易于形成缺陷的部位取樣。12/22/2022842．1．1低倍酸浸檢驗低倍酸浸檢驗就是將預(yù)先制備好的試樣用低倍酸浸試驗分為：熱酸浸蝕法；冷酸腐蝕法；電解腐蝕法三種。仲裁時，一般以熱酸浸蝕法為準。酸浸試驗所顯示的低倍組織缺陷共12種，如下：（1）

一般疏松在酸浸試片上表現(xiàn)為組織不致密，分散在整個截面的暗點和空隙。（1～4級）。12/22/202285低倍酸浸試驗分為：12/16/20226（2）中心疏松在酸浸試片的中心部位呈現(xiàn)集中分布的空隙和暗點。（1～4級）（3）

錠型偏析（1～4級）（4）

點狀偏析：一般點狀偏析和邊緣點狀偏析均分為（1～4級）（5）

皮下氣泡（6）殘余縮孔（1～3級）12/22/202286（2）中心疏松在酸浸試片的中心部位呈現(xiàn)集中分布的空隙和暗（7）

翻皮在酸浸試片上呈亮白色彎曲條帶，并在其上或周圍有氣孔和夾雜物（1～3級）。（8）

白點在酸浸試片上為鋸齒形小裂紋，呈放射狀，同心圓形或呈不規(guī)則分布（1～3級）（9）

軸心晶間裂紋一般多出現(xiàn)在高合金不銹耐熱鋼和高合金結(jié)構(gòu)鋼中，為蜘蛛網(wǎng)狀（1～3級）（10）

內(nèi)部氣泡（11）

非金屬夾雜物和夾渣（12）

異金屬夾雜物12/22/202287（7）

翻皮在酸浸試片上呈亮白色彎曲條帶，并在其上或周在各種鋼的技術(shù)條件中都明確規(guī)定不允許存在的低倍缺陷及其合格級別。優(yōu)質(zhì)鋼低倍缺陷的允許界限鋼類一般疏中心疏松偏析優(yōu)質(zhì)鋼333高級優(yōu)質(zhì)鋼222.5最新研究表明：長壽命模具鋼的低倍缺陷一般要求0～1級。12/22/202288在各種鋼的技術(shù)條件中都明確規(guī)定不允許存在的低倍缺陷及其合格級2.1.2斷口檢驗斷口檢驗是檢查鋼材宏觀缺陷的重要方法之一斷口檢驗不需要貴重的檢驗儀器，方法簡便，結(jié)果可靠，是檢驗鋼材質(zhì)量的一種通用方法。一般結(jié)構(gòu)鋼、彈簧鋼、軸承鋼、工具鋼等都規(guī)定在出廠前和驗收時要作斷口檢驗。12/22/2022892.1.2斷口檢驗斷口檢驗是檢查鋼材宏觀缺陷的重要方法之一斷口檢驗較酸浸檢驗更能顯示鋼中白點、鋼的過燒和過熱。斷口檢驗的斷口可分為：淬火斷口；退火斷口；調(diào)質(zhì)斷口三種。其斷口類型的選取決定受檢鋼的類型和檢驗要求，其目的在于能夠真實地顯露鋼中缺陷。12/22/202290斷口檢驗較酸浸檢驗更能顯示鋼中白點、鋼的過燒和過熱。12/1（1）

淬火斷口：較易發(fā)現(xiàn)的缺陷有：白點、夾雜、氣孔、層狀、石狀、萘狀等。在工廠中斷口檢驗多用淬火斷口。（2）

退火斷口：在退火斷口上較易顯露的缺陷有黑脆、夾雜、縮孔殘余等，除冶金缺陷外，還可判斷鋼材的晶粒均勻程度。（3）

調(diào)質(zhì)斷口：兼具檢驗鋼中缺陷（如白點、層狀、氣孔等）和顯示鋼的基本組織。12/22/202291（1）

淬火斷口：較易發(fā)現(xiàn)的缺陷有：白點、夾雜、氣孔、層GB1814-79《鋼材斷口檢驗法》（1）

纖維狀斷口（2）

瓷狀斷口（3）

結(jié)晶狀斷口（4）

臺狀斷口（5）

撕痕狀斷口（6）

層狀斷口12/22/202292GB1814-79《鋼材斷口檢驗法》（1）

纖維狀斷口（7）

縮孔殘余斷口（屬于不允許缺陷）（8）

白點斷口（屬于不允許缺陷）（9）

氣泡斷口（屬于不允許缺陷）（10）內(nèi)裂斷口（屬于不允許缺陷）（11）非金屬夾雜物及夾渣斷口（屬于不允許缺陷）（12）

異金屬夾雜斷口（屬于不允許缺陷）（13）黑脆斷口（屬于不允許缺陷）12/22/202293（7）縮孔殘余斷口（屬于不允許缺陷）12/16/2022（14）

石狀斷口（15）

萘狀斷口12/22/202294（14）

石狀斷口12/16/2022152.1.3硫印檢驗硫在鋼中一般認為是有害元素之一，因為它會引起熱脆和使鋼的韌性變壞，所以在優(yōu)質(zhì)鋼中規(guī)定其含量不得超過0.040%.硫在鋼中主要以硫化物形式存在；硫?qū)︿摰膹姸扔绊懖淮?，但卻降低鋼的塑性和韌性，特別是沖擊韌性。為檢查鋼中硫的偏析情況常用硫印法。12/22/2022952.1.3硫印檢驗硫在鋼中一般認為是有害元素之一，因為它硫印檢驗法亦稱包曼(Baumann)法，是一種宏觀檢驗方法。其目的是通過將預(yù)先在稀硫酸溶液中浸泡過的相紙敷在試片上，使之發(fā)生反應(yīng)，取下后由相紙上所形成的印痕來確定鋼中硫的分布情況，并根據(jù)硫印色澤深淺，大小判定鋼中硫化物的多少。12/22/202296硫印檢驗法亦稱包曼(Baumann)法，是一種宏觀檢驗方法。注意：（1）

硫印試驗只是一種定性試驗，不能按硫印確定鋼中硫含量數(shù)值。（2）

根據(jù)硫印可對所檢驗部位鋼的純凈度作出判斷，如可根據(jù)硫印判斷鋼的化學成分的不均勻以及某些形體上的缺陷。12/22/202297注意：（1）硫印試驗只是一種定性試驗，不能按硫印確定鋼中硫2.1.4塔形試驗塔形試驗是用以檢驗鋼中發(fā)紋的一種試驗方法，因其所用試樣為三級臺階狀，形似塔狀，故稱塔形試驗。發(fā)紋是鋼中的一種宏觀缺陷，它的存在對鋼的性能，特別是疲勞強度有不利影響。發(fā)紋：是在熱酸浸過后的塔形試樣上，沿軋制方向分布有一定長度和深度的小裂紋。一般用肉眼或10倍放大鏡檢查。12/22/2022982.1.4塔形試驗塔形試驗是用以檢驗鋼中發(fā)紋的一種試驗方法2.1.5金相檢驗金相檢驗項目包括：脫碳、退火組織、碳化物網(wǎng)狀、碳化物帶狀、碳化物不均勻、碳化物液析、晶粒度、石墨碳、奧氏體鋼中的α相、非金屬夾雜物等。12/22/2022992.1.5金相檢驗金相檢驗項目包括：12/16/20222第三章鋼中的宏觀偏析在低倍檢驗中常見的宏觀偏析缺陷有：方框形偏析、點狀偏析、碳化物偏析等。不太常見的有錠尾偏析、軸心偏析以及電渣重熔鋼的波紋狀偏析。宏觀偏析的形成與鋼的凝固和結(jié)晶過程密切相關(guān)。12/22/2022100第三章鋼中的宏觀偏析在低倍檢驗中常見的宏觀偏析缺陷有：由于鋼凝固過程中體積收縮所造成冶金缺陷可分為縮孔、中心疏松，一般疏松等。縮孔、二次縮孔——鋼材中不允許有未切盡的殘余縮孔。12/22/2022101由于鋼凝固過程中體積收縮所造成冶金缺陷可分為縮孔、中心疏松，體積收縮的規(guī)律：1）液態(tài)收縮2）凝固收縮3）固態(tài)收縮碳素鋼鋼錠從澆注到室溫的總收縮達10～14%，但主要是其占3.5～5.7%的液態(tài)收縮和凝固收縮，它們對形成縮孔和疏松起作用。12/22/2022102體積收縮的規(guī)律：12/16/202223影響收縮的因素：1）含碳量的影響：隨含碳量增加而增大。2）合金元素的影響：不同合金元素對收縮的影響不同。3）澆注溫度和澆注速度的影響：注溫高、速度快收縮大。4）錠型的影響：錠型高寬比越大和錐度越小，則縮孔越深。12/22/2022103影響收縮的因素：1）含碳量的影響：隨含碳量增加而增大。12/結(jié)晶偏析：鋼中凝固時產(chǎn)生各種元素分布不均勻的現(xiàn)象叫：偏析C大于C0稱為正偏析，C小于C0則負偏析。枝晶偏析區(qū)域偏析（定向晶區(qū)的偏析，倒V形正偏析，軸心偏析，上部正偏析）12/22/2022104結(jié)晶偏析：鋼中凝固時產(chǎn)生各種元素分布不均勻的現(xiàn)象叫：偏析12方框形偏析點狀偏析下注鎮(zhèn)靜鋼的錠尾偏析12/22/2022105方框形偏析12/16/202226影響偏析的因素1．錠型的影響；2.澆注溫度和澆注速度影響12/22/2022106影響偏析的因素12/16/202227第四章

氣體在鋼中形成的缺陷鋼中氣體一般指：氫、氧、氮。氫含量高時，會使鋼材產(chǎn)生白點或氫脆；氮的含量過高時會形成氮化鋁，氮化鈦或碳氮化鈦，它們在晶界上呈薄片狀析出使鋼變脆；氧含量過高使鋼中產(chǎn)生過多的氧化物夾雜；12/22/2022107第四章

氣體在鋼中形成的缺陷鋼中氣體一般指：氫、氧在冶煉過程中有時鋼中還有CO、CO2、H2O、SO2等氣體；在澆注時，由于上述氣體過高還會產(chǎn)生皮下氣泡，內(nèi)部氣泡，點狀偏析和發(fā)紋等缺陷。12/22/2022108在冶煉過程中有時鋼中還有CO、CO2、H2O、SO2等氣體；鋼中氣體的來源：（1）

金屬爐料表面的鐵銹（2）

礦石表面吸附和化合水（3）

造渣材料特別是石灰?guī)淼乃?；增碳劑和脫氧劑吸附的水?）

大氣中的水蒸汽（5）

爐襯材料帶入的水12/22/2022109鋼中氣體的來源：12/16/202230氣體對鋼質(zhì)量的影響溶解在鋼液中的氫、氮、氧，其溶解度在凝固時劇烈降低，必然出現(xiàn)相應(yīng)氣體的析出，從而產(chǎn)生鋼中缺陷。氫的溶解度降低量為60%或20ppm；氮的溶解度降低75%或300ppm;氧在鋼液中的最大溶解量為0.21%,而在室溫下為0.05%.12/22/2022110氣體對鋼質(zhì)量的影響溶解在鋼液中的氫、氮、氧，其溶解度在凝固時4.1氫的影響：氫在鋼中以原子或離子形式溶入鋼中，在鋼中造成許多嚴重的缺陷：如白點、內(nèi)部氣泡以及焊縫熱影響區(qū)內(nèi)的裂紋等；氫被看作是鋼中危害最大的一種元素12/22/20221114.1氫的影響：氫在鋼中以原子或離子形式溶入鋼中，在鋼中造在工業(yè)用鋼中，通?？偸呛幸欢康臍?，結(jié)果導(dǎo)致在鑄錠中形成氣孔和裂紋，特別容易在大型鍛鋼件中形成。氫含量的增加，使鋼的面縮率明顯地降低，使鋼的屈服點消失，當氫含量達到6×10-4%時，就足以使鋼的塑性降至最低限。12/22/2022112在工業(yè)用鋼中，通常總是含有一定量的氫，結(jié)果導(dǎo)致在鑄錠中形成氣4.2氮的影響氮在鋼中是一種重要的合金元素：優(yōu)點：1）氮可以改善高鉻和高鉻鎳鋼的宏觀組織，使之致密堅實，并提高其強度。2）滲氮鋼中采用熱處理工藝，將氮滲入鋼的表面層使之與鉻、鋁等合金元素形成氮化物，提高鋼表面層的硬度及耐磨性。3）氮作為合金元素加入鋼中，與許多合金元素生成細小彌散的化合物，如形成AlN,TiN,TiCN,VN等，有阻礙晶粒長大的趨向，可提高鋼的過熱敏感溫度。12/22/20221134.2氮的影響氮在鋼中是一種重要的合金元素：12/16/2害處：1）氮化物以薄片形式析出在晶界上時，將使鋼發(fā)生時效脆性；2）微量氮的低碳鋼在冷加工變形后，其性能將隨時間發(fā)生變化，即強度和硬度提高，韌性降低，缺口敏感性增加——所謂低碳鋼的應(yīng)變時效現(xiàn)象。3）氮是導(dǎo)致鋼產(chǎn)生藍脆的主要原因。12/22/2022114害處：1）氮化物以薄片形式析出在晶界上時，將使鋼發(fā)生時效脆性4.3氧的影響氧在鐵中的溶解度極小，有資料表明：氧的溶解度在δ鐵中約為0.004%；在γ鐵中約為0.002%～0.003%;在α鐵中最大值約為0.03%(T>910℃)，在700℃時約為0.007%,在500℃時約為0.001%；12/22/20221154.3氧的影響氧在鐵中的溶解度極小，有資料表明：氧的溶解度在1600℃下鋼中氧的溶解度為0.229%,而在室溫下氧是以氧化物的形式存在的，以原子狀態(tài)存在的氧幾乎為零。由此表明，固溶在鋼中的氧數(shù)量極少，但是鋼中的氧含量要高得多，其余的氧是以各種氧化物夾雜的形式存在的。由于氧及其反應(yīng)氣體逸出的困難，產(chǎn)生如下缺陷：12/22/2022116在1600℃下鋼中氧的溶解度為0.229%,而在室溫下氧是以1）生成的氣泡大部分滯留于鋼中，形成氣孔和疏松，常常引起鋼錠在加工時的開裂現(xiàn)象。2）FeO與FeS形成FeO-FeS夾雜，這種夾雜物的熔點很低（940℃），在鋼液凝固完畢時，它將以薄膜狀保留在晶界上，易產(chǎn)生熱裂紋。12/22/20221171）生成的氣泡大部分滯留于鋼中，形成氣孔和疏松，常常引起鋼錠3）溶解度下降而析出的氧，與鋼中其它元素如Mn,Si,Al,Ti,Cr等元素發(fā)生反應(yīng)，形成內(nèi)在夾雜物，導(dǎo)致鋼的機械性能，特別是鋼的塑和韌性及疲勞強度下降。4）鋼的切削加工性能帶來不利的影響。12/22/20221183）溶解度下降而析出的氧，與鋼中其它元素如Mn,Si,Al,4.4鋼中氣體所造成的缺陷氣體在鋼中弊多利少，冶金工作者在鋼的冶金過程中，總是采取一切措施把氣體含量降到最低限度，以提高鋼的質(zhì)量。常采取的方法有：真空脫氣，鋼包精煉，保護澆注等措施，來減少鋼中氣體的含量。12/22/20221194.4鋼中氣體所造成的缺陷氣體在鋼中弊多利少，冶金工作者氣體產(chǎn)生的缺陷皮下氣泡：分布在鋼錠的表皮下或一定的深度（幾毫米或十幾毫米），沿鋼錠縱向排列的內(nèi)壁光滑的單個或成簇的小孔洞或短而粗的裂紋。內(nèi)部氣泡和點狀偏析：它們通常共存。在電爐或平爐冶煉的碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼中常常出現(xiàn)這種缺陷。鎮(zhèn)靜鋼內(nèi)部氣泡和點狀偏析的主要形成原是由于在冶煉或澆注不正常的情況下，帶入大量的氣體到鋼液中或由于脫氧不良而產(chǎn)生。12/22/2022120氣體產(chǎn)生的缺陷皮下氣泡：分布在鋼錠的表皮下或一定的深度（幾毫白點鋼中白點是由氫所引起的一種內(nèi)部裂紋缺陷，多在鋼坯或鋼材中形成。在鋼的縱向斷口上顯現(xiàn)為圓形或橢圓形銀白色斑點，故稱為白點。白點是一種危險的冶金缺陷，歷史上由于這種缺陷造成的惡性事故很多。如：1916年，美國曾發(fā)生過由于在重軌鋼中有白點所造成的重大事故，引起鐵路運輸?shù)闹袛唷?938年英國皇家空軍的一架噴火式戰(zhàn)斗機在訓練飛行中突然從空中摔下來，機毀人亡。事故分析表明是因引擎主軸中含有白點引起斷裂所致。二十世紀五十年代，美國來利桑那電站轉(zhuǎn)子斷裂也是由鋼中白點所引起的。12/22/2022121白點鋼中白點是由氫所引起的一種內(nèi)部裂紋缺陷，多在鋼坯或鋼材中白點的檢驗方法（1）斷口檢驗法，按國標GB1814-79（2）酸浸低倍檢驗法，按國標GB1979-80（3）超聲波檢驗法。12/22/2022122白點的檢驗方法（1）斷口檢驗法，按國標GB1814-7912白點出沒規(guī)律及其形成原因1）白點一般出現(xiàn)在鋼坯或鍛件的芯部，通常距表面20mm以上，很少有靠近或露出表面的情況，而且其分布規(guī)律常與鋼坯的外形相似。2）鋼中氫含量愈高，所形成的白點就愈多，其尺寸一般為幾毫米至1～2cm，很少有更大的。（與鋼的化學成分有關(guān)）3）白點是中碳合金結(jié)構(gòu)鋼所固有的缺陷，特別是常在大截面鋼坯或鍛件中出現(xiàn)。4）在馬氏體和珠光體鋼中容易形成白點，而在奧氏體、鐵素體和萊氏體鋼中一般是不形成白點。12/22/2022123白點出沒規(guī)律及其形成原因1）白點一般出現(xiàn)在鋼坯或鍛件的芯部，白點主要在體心立方金屬和合金中出現(xiàn)，而在具有面心立方點陣的奧氏體鋼中或者根本沒有，或者只有極少量的白點形成。這主要是因為：面心立方結(jié)構(gòu)的奧氏體具有良好的范性和較大的氫的溶解度，即可安置氫的位置多。非金屬夾雜物，特別是長條狀或薄片狀的硫化物，對形成白點有利。鋼中含有足夠數(shù)量的氫是形成白點的必要條件，同時還必須有足夠大的應(yīng)力。12/22/2022124白點主要在體心立方金屬和合金中出現(xiàn)，而在具有白點形成階段白點與鋼中縮孔、氣泡等缺陷不同，它不是在鋼的凝固過程中形成的，而是在軋（鍛）后，當鋼坯冷到比較低的溫度以下才形的，甚至有時是在鋼被冷卻到室溫以后，在存放過程中形成的。白點不是瞬間形成的，而是逐漸形成的。12/22/2022125白點形成階段白點與鋼中縮孔、氣泡等缺陷不同，它不是在鋼的凝固冶金缺陷是白點形成的核心鑄造縮孔、疏松和偏析等一般多分布在鋼材中心部位，恰好這些地方為擴散氫提供了藏身之處，因而這些地方便成了白點的核心。12/22/2022126冶金缺陷是白點形成的核心鑄造縮孔、疏松和偏析等一般多分布在鋼白點斷口白點為產(chǎn)生在鋼中含氫量高的區(qū)域內(nèi)的內(nèi)部裂紋，在斷口上白點為圓形或橢圓形銀白色斑點。白點主要在中碳合金結(jié)構(gòu)鋼大鍛件或毛坯中，在大型鑄件中亦有發(fā)現(xiàn)。白點斷口大部分為穿晶脆性斷裂，表面起伏不平，含波浪式條紋和片層狀特征組織。12/22/2022127白點斷口白點為產(chǎn)生在鋼中含氫量高的區(qū)域內(nèi)的內(nèi)部裂紋，在斷口上白點對力學性能的影響白點為鋼中的細微裂紋，它破壞了鋼的連續(xù)性，實為鋼的內(nèi)部缺口。使鋼的韌性、塑性大為降低，并往往成為疲勞裂紋源。含有白點的鋼，其各種力學性能指標（強度、韌性、塑性、疲勞性能等）均下降。白點是鋼中不允許有的冶金缺陷。白點在一定的加熱變形條件下是可以焊合的。12/22/2022128白點對力學性能的影響白點為鋼中的細微裂紋，它破壞了鋼的連續(xù)性擴散除氫處理通常選擇在鐵素體狀態(tài)下的最高溫度區(qū)進行加熱擴散除氫處理。氫在體心立方點陣中的溶解度小于面心立方點陣，而擴散系數(shù)大于面心立方點陣，因此，選擇在鐵素體狀下進行擴散除氫是有利的。而選擇在鐵素體狀態(tài)的最高溫度區(qū)加熱，則是為了得到盡可能大的氫擴散系數(shù)。12/22/2022129擴散除氫處理通常選擇在鐵素體狀態(tài)下的最高溫度區(qū)進行加熱擴散除珠光體鋼的典型等溫退火除氫工藝兩種：1）在鍛造終了之后，先將鋼冷至A1以下50～150℃，保持一定時間后，再加熱到A1以下20～50℃進行等溫去氫處理。2）在鍛造完了之后，先將鋼冷至A1以下50～150℃，保持一定時間之后，再加熱到A3以上20～30℃或A1以上20～30℃，進行再結(jié)晶處理，然后再降溫至A1以下20～50℃進行等溫去氫處理。12/22/2022130珠光體鋼的典型等溫退火除氫工藝兩種：12/16/202251第五章鋼中的非金屬夾雜物鋼中非金屬夾雜物的來源1）脫氧、脫硫產(chǎn)物，特別是一些比重比較大的產(chǎn)物沒有及時排除。2）隨著鋼液溫度降低，硫、氧、氮等雜質(zhì)元素的溶解度相應(yīng)下降，于是這些脫溶的夾雜元素與金屬化合生成非金屬夾雜物在鋼中沉淀。3）帶入鋼液中的爐渣，熔渣或耐火材料。4）鋼液被大氣氧化形成氧化物。前兩類夾雜物稱為內(nèi)生夾雜物，后兩類夾雜物稱為外來夾雜物。12/22/2022131第五章鋼中的非金屬夾雜物鋼中非金屬夾雜物的來源12/16內(nèi)生夾雜物的類型和組成取決于冶煉的脫氧制度和鋼的成分；影響夾雜物的根本原因是與氧、硫、氮親合力強的元素的含量。這些元素含量的變化，將對夾雜物的類型、組成和形態(tài)等產(chǎn)生強烈影響。鋼中非金屬夾雜物通常被認為是有害的，使其含量盡可能降低。12/22/2022132內(nèi)生夾雜物的類型和組成取決于冶煉的脫氧制度和鋼的成分；12/非金屬夾雜物在熱加工過程中的變化在不同溫度下，夾雜物與鋼的塑性差異，是各種夾雜物最主要的物理性能之一。鋼中夾雜物的變形性能可用變形指數(shù)表示：12/22/2022133非金屬夾雜物在熱加工過程中的變化在不同溫度下，夾雜物與鋼的塑第六章熱加工造成的缺陷

熱加工造成的缺陷包括：由于材料帶來的，即由冶煉的原因引起的，在熱加工過程中暴露出來的缺陷，以及在熱加工過程中由于加熱、變形、冷卻制度不當所造成的缺陷。12/22/2022134第六章熱加工造成的缺陷熱加工造成的缺陷包括：12/16熱加工缺陷6．1表皮裂紋6．2高速工具鋼的鍛、軋裂紋6．3軸心晶間裂紋6．4顯微空隙6．5晶粒粗大6．6折疊6．7鋼的過熱和過燒6．7．1鋼的過熱12/22/2022135熱加工缺陷6．1表皮裂紋12/16/2022566．7．1鋼的過熱1．過熱對奧氏體晶粒度的影響2．鋼過熱后的金相組織3．過熱對鋼機械性能的影響4．過熱鋼的萘狀斷口和石狀斷口12/22/20221366．7．1鋼的過熱12/16/202257（1）鋼過熱形成石狀斷口與鋼中含硫量有關(guān)，硫含量越高在粗大的原始奧氏體晶界上沉淀的MnS就越多，形成石狀也就越多，反之亦然。（2）當鋼嚴重過熱后，出現(xiàn)以微細α-MnS形核的石狀斷口時，采用任何熱處理工藝均不能改善或消除。12/22/2022137（1）鋼過熱形成石狀斷口與鋼中含硫量有關(guān)，硫含量越高在粗大的6．7．2鋼的過燒鋼的過燒亦稱燒毀，它是由于鋼在高溫加熱時，超過嚴重過熱溫度使鋼表面氧化嚴重，甚至產(chǎn)生龜裂的現(xiàn)象。12/22/20221386．7．2鋼的過燒12/16/2022596．7．3

過熱的改善與過熱過燒的防止措施（1）

改善方法1．重新熱處理2．重新熱加工（2）

預(yù)防措施12/22/20221396．7．3

過熱的改善與過熱過燒的防止措施（1）

6．7

鋼的淬火與回火缺陷6．8．1熱處理工件的變形1．產(chǎn)生變形的原因（1）熱應(yīng)力及其所引起的變形：由于加熱或冷卻不均勻使工件表里存在溫差因而造成熱脹冷縮的不一致，由此而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。急冷熱應(yīng)力有兩個特點：(a)使零件表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，心部產(chǎn)生拉應(yīng)力；(b)大型軸類零件心部的軸向拉應(yīng)力特別大。

12/22/20221406．7

鋼的淬火與回火缺陷6．8．1熱處理工件的變形1（2）組織應(yīng)力及其所引起的變形：由于奧氏體和其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的比容不同以及工件的表里或各部分之間組織轉(zhuǎn)變的時間不同所造成的內(nèi)應(yīng)力，稱為組織應(yīng)力。奧氏體的比容最小，而馬氏體的比容最大組織應(yīng)力的兩個特點是：(a)工件表面受拉應(yīng)力，心部受壓應(yīng)力；(b)靠近表面層，切向拉應(yīng)力大于軸向拉應(yīng)力

；12/22/2022141（2）組織應(yīng)力及其所引起的變形：由于奧氏體和其轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的比容2.影響變形的因素Ⅰ鋼的化學成分(a)低碳鋼：淬火后一般表現(xiàn)為以熱應(yīng)力為主的變形特征。(b)中碳鋼：在全部淬透的情況下，表現(xiàn)為以組織應(yīng)力為主的變形特征。在未淬透的情況下，隨著淬硬層的減薄，組織應(yīng)力引起的變形也漸減小，在個別情況下還可能出現(xiàn)以熱應(yīng)力為主的變形特征。(c)高碳鋼：在淬不透的情況下，表現(xiàn)為以熱應(yīng)為主的變形特征。在全部淬透的情況下，由于馬氏體的比容很大，組織應(yīng)力仍起主導(dǎo)作用。12/22/20221422.影響變形的因素Ⅰ鋼的化學成分12/16/20226Ⅱ鋼的淬透性Ⅲ鋼的原始組織Ⅳ工件的幾何形狀3．減小變形的途徑與措施(a)正確選擇鋼材與合理設(shè)計工件形狀(b)合理鍛造與預(yù)先熱處理(c)采用合理的熱處